WO2020104111A1 - Verfahren zum betreiben eines partikelsensors - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines partikelsensors

Info

Publication number
WO2020104111A1
WO2020104111A1 PCT/EP2019/077705 EP2019077705W WO2020104111A1 WO 2020104111 A1 WO2020104111 A1 WO 2020104111A1 EP 2019077705 W EP2019077705 W EP 2019077705W WO 2020104111 A1 WO2020104111 A1 WO 2020104111A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
peak
detector
laser
particle
spot
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/077705
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Radoslav Rusanov
Matthias Wichmann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP19787233.6A priority Critical patent/EP3884262B1/de
Priority to CN201980076703.3A priority patent/CN113167709A/zh
Priority to US17/294,235 priority patent/US20220003657A1/en
Publication of WO2020104111A1 publication Critical patent/WO2020104111A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1429—Signal processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1456—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
    • G01N15/1459—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0023—Investigating dispersion of liquids
    • G01N2015/0026—Investigating dispersion of liquids in gas, e.g. fog
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0053—Investigating dispersion of solids in liquids, e.g. trouble
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1027—Determining speed or velocity of a particle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N2015/1486—Counting the particles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N2015/1493—Particle size

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a
  • Particle sensor according to the preamble of claim 1 and a control device according to the preamble of the independent device claim.
  • the particle sensor used in the method has a laser module having a laser and a detector set up for detecting temperature radiation, an optical element arranged in the beam path of the laser of the laser module, and a detector.
  • the optical element is set up to bundle laser light emanating from the laser module into a spot.
  • the detector of the particle sensor is arranged so that it detects radiation emanating from the spot.
  • sensors having an electrical resistance are used, which are manufactured and sold by the applicant.
  • the functioning of these known sensors is based on the formation of conductive soot paths between two interdigital electrodes. With these sensors, the rise time of the current after applying a voltage is a measure of the soot concentration. The mass concentration (mg / m 3 exhaust gas or mg / km distance) is measured. The calculation of the
  • the number concentration (number of particles per m 3 of exhaust gas or per km of driving distance) is very difficult or even impossible with this sensor concept for a variety of reasons.
  • the known sensor is regenerated periodically by it is heated to at least 700 ° C by an integrated heating element, which burns off the soot deposits.
  • LAI laser-induced incandescence
  • Light emission from the soot particles is measured with a light detector.
  • the method allows the detection of very small soot particles with one
  • Nanosecond high-power laser which reaches a very high light intensity for a short time (ns).
  • the operation takes place in the collimated (parallel aligned) part of the beam with a cross section of a few
  • the device has transporting exhaust gas. The particles are measured inside the device.
  • the method according to the invention differs from this prior art in that the output signals of the detector are subjected to filtering, with which output signals generated by insufficiently heated particles are excluded from further evaluation.
  • the control device according to the invention differs from this prior art in that it is set up to carry out these method steps.
  • the particle sensor used in the method according to the invention works with a focused laser beam with very high intensity in order to heat the soot particles flying through the laser spot to several thousand degrees.
  • the thermally emitted light from the heated particles is used as the measurement signal.
  • a continuously operating (CW) laser is used, the radiation of which is focused on a very small spot via corresponding optical elements (e.g. lenses).
  • Inexpensive semiconductor laser diodes can be used as the laser source, which greatly reduces the costs for the particle sensor.
  • the detection of the LII light can e.g. using a sensitive photodiode or a multi-pixel photon counter (MPPC).
  • MPPC multi-pixel photon counter
  • the method according to the invention allows both the number and the mass concentration of particles in a fluid to be measured.
  • the fluid can be a gas or a liquid.
  • the particles are, for example, liquid droplets in an aerosol or soot particles in the exhaust gas from diesel or gasoline vehicles.
  • the method according to the invention enables one Single particle detection in a test volume, so that the particle size can also be determined from the measurement data.
  • the invention allows on-board diagnosis of the state of particle filters in the exhaust system of internal combustion engines.
  • the sensor is arranged in the exhaust gas flow downstream of the particle filter.
  • the particle sensor operated with the method according to the invention has an advantageously short response time and is ready for use immediately after it is activated by switching on the laser.
  • the particle number measurement capability that is possible with the method according to the invention and the immediate readiness for use of the sensor immediately after starting the vehicle are very important, since a large part of the particles that are typically very fine in gasoline engines (low mass, high number) are formed during the cold start
  • the filtering according to the invention allows a distinction between particles which have flown through the laser spot from those particles which have flown past the laser spot at a comparatively smaller distance, and a distinction between the latter particles and those particles which have flown past the laser spot at a comparatively greater distance the detected signal.
  • the latter particles are not evaluated and are therefore filtered out.
  • volume concentration of the particles can be extracted from the measured data.
  • the high accuracy of the determination of the detection volume allows an exact determination of the concentration (particles / m 3 or particles / km).
  • the high accuracy of the size determination allows an exact determination of the particle mass (mg / m 3 or mg / km).
  • the method according to the invention cannot only be used to determine
  • Incineration plants private, industrial, without this list claiming to be complete.
  • a preferred embodiment is characterized in that the filtering is carried out in such a way that peaks which have a characteristic double peak structure are excluded from further evaluation.
  • the characteristic double peak structure is identified by means of a signal processing method.
  • Pattern recognition is carried out by means of artificial intelligence or by fitting a curve of the double peak structure to a pattern curve shape or by algorithms for finding high points of the double peak structure and for evaluating a time interval between the high points.
  • Output signal of the detector is based.
  • a first peak is detected in the output signal of the detector and a decision as to whether the detected first peak is counted as an event indicating a particle depends on whether, within a predetermined first time period t1, that occurs when the first peaks begins, another peak is detected in the output signal of the detector.
  • the first time period t1 is predetermined as a function of a speed of the fluid that transports the particles.
  • a further preferred embodiment is characterized in that a period of time has elapsed that has elapsed since the first peak was recorded, that the first peak is counted as a particle if within the predetermined first time period, no further peak is detected in the output signal of the detector.
  • a second peak has been recorded within the first time period t1
  • the height of a peak is evaluated as a measure of the size of the particle.
  • Another preferred embodiment is characterized in that a height of the first peak of the double peak is evaluated as a measure of the size.
  • radiation emanating from the spot is one
  • Wavelength filtering is subjected, in which wavelengths in the wavelength range of the laser radiation are excluded.
  • control device it is preferred that it is set up, in particular programmed, to carry out a method according to one of the above-mentioned configurations of the method.
  • Fig. 2 shows a basic structure of an inventive
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a soot particle sensor according to the invention
  • FIG. 6 shows a flow chart as an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • Figure 7 shows an Lll signal for a through the center of the laser spot
  • FIG 1 illustrates the measurement principle based on laser-induced incandescence (LII).
  • High-intensity laser light 10 strikes a soot particle 12.
  • the intensity of the laser light 10 is so high that the energy of the laser light 10 absorbed by the soot particle 12 strikes the soot particle 12
  • the soot particle 12 spontaneously and essentially without significant preferred direction emits significant radiation 14 in the form of temperature radiation, hereinafter also referred to as LII light.
  • Part of the radiation 14 emitted in the form of temperature radiation is therefore also emitted in the opposite direction to the direction of the incident laser light 10.
  • FIG. 2 schematically shows a basic structure of an exemplary embodiment of a soot particle sensor 16 according to the invention.
  • the soot particle sensor 16 here has a CW laser module 18 (CW: continuous wave; continuous wave), the preferably parallel laser light 10 of which is arranged in the beam path of the CW laser module 18 optical element 20 on a very small spot 22 is focused.
  • the CW laser module 18 is preferably operated with smaller powers, in particular with powers between 50 mW and 500 mW, sometimes also up to 5000 mW.
  • the optical element 20 is preferably a first lens 24. Only in the volume of the spot 22 does the intensity of the laser light 10 reach the high values necessary for LII.
  • the dimensions of the spot 22 are in the range of a few micrometers, in particular in the range of, for example, ten micrometers. With an assumed particle concentration of 10 13 per m 3, it can then be assumed at typical exhaust gas speeds of internal combustion engines that only one particle flies through the spot 22 at a given point in time and is excited to emit evaluable radiation powers, be it through laser-induced incandescence or through chemical
  • the measurement signal is generated by a detector 26 which is arranged in the soot particle sensor 16 in such a way that it detects radiation 14, in particular temperature radiation, emanating from the soot particles 12 passing through the spot 22.
  • the detector 26 preferably has at least one photodiode 26.1. So that becomes a
  • the first size is for that
  • FIG. 3 shows an advantageous exemplary embodiment of a soot particle sensor 16 according to the invention, which is suitable for use as a soot particle sensor in the exhaust gas of a combustion process.
  • the soot particle sensor 16 has an arrangement of an outer protective tube 28 and an inner protective tube 30.
  • the two protective tubes 28, 30 have preferably a general cylindrical shape or prism shape.
  • the base areas of the cylindrical shapes are preferably circular, elliptical or polygonal.
  • the cylinders are preferably arranged coaxially, the axes of the cylinders being oriented transversely to the flow of exhaust gas 32.
  • the inner protective tube 30 protrudes in the direction of the axes beyond the outer protective tube 28 into the flowing exhaust gas 32.
  • the outer protective tube 28 projects beyond the inner protective tube 30.
  • the clear width of the outer protective tube 28 is preferably so much larger than the outer diameter of the inner protective tube 30 that a first flow cross section results between the two protective tubes 28, 30.
  • the clear width of the inner protective tube 30 forms a second
  • Flow cross section enters the arrangement of the two protective tubes 28, 30, then changes its direction at the end of the protective tubes 28, 30 facing away from the exhaust gas 32, enters the inner protective tube 30 and is sucked out of it by the exhaust gas 32 flowing past. This results in a laminar flow in the inner protective tube 30.
  • This arrangement of protective tubes 28, 30 is attached to the soot particle sensor 16 transversely to the exhaust gas flow or in an exhaust pipe.
  • the soot particle sensor 16 also has the laser module 18, which preferably generates parallel laser light 10.
  • a beam splitter 34 is located in the beam path of the preferably parallel laser light 10.
  • a part of the laser light 10 that passes through the beam splitter 34 without deflection is focused by the optical element 20 to a very small spot 22 inside the inner protective tube 30.
  • the light intensity is high enough to heat the soot particles 12 transported with the exhaust gas 32 to several thousand degrees Celsius, so that the heated soot particles 12 emit significant radiation 14 in the form of temperature radiation.
  • the radiation 14 lies, for example, in the near infrared and visible spectral range
  • the exhaust gas 32 is an example of a measurement gas.
  • the measuring gas can also be another gas or gas mixture, for example room air, or a liquid.
  • the laser module 18 has a laser diode 36 and a second lens 38, which preferably aligns the laser light 10 emanating from the laser diode 36 in parallel.
  • the use of the laser diode 36 represents a particularly inexpensive and easy-to-use possibility of generating laser light 10.
  • the preferably parallel laser light 10 is focused to the spot 22 by the optical element 20.
  • the optical soot particle sensor 16 preferably has an exhaust gas
  • Protection tubes 28, 30 and the optical elements of the soot particle sensor The wall 16.3 serves to isolate the sensitive optical elements from the hot, chemically aggressive and “dirty” exhaust gas 32.
  • a protective window 40 is provided in the partition wall 32 in the beam path of the laser light 10, through which the laser light 10 falls into the exhaust gas 32 and via the radiation 14 emanating from the spot 22 onto the optical element 20 and from there via the beam splitter 34 onto the detector 26.
  • the generation of the spot 22 and the detection of those originating from soot particles in the spot can be carried out
  • Radiation 14 also take place via separate optical beam paths.
  • the laser light it would be conceivable for the laser light to be guided from the light source to the focusing lens with the aid of an optical waveguide and corresponding optical elements that couple in and out.
  • the invention is applicable to any III sensor, as long as the particles are heated by a focused CW laser and the exhaust gas flow guide and the laser beam run at least partially in parallel.
  • soot particle sensor 16 can also be implemented with laser light sources other than the laser diodes 36 specified here for exemplary embodiments.
  • FIG. 3 also shows an optional additional filter 42 which is arranged in the beam path between the beam splitter 34 and the detector 26.
  • the filter 42 is distinguished by the fact that it is less permeable to the laser light 10 than to the radiation 14 which emanates from the spot 22 when a soot particle 12 is located there.
  • This exemplary embodiment significantly improves the signal-to-noise ratio of the light falling on the detector 26 because it reduces the amount of laser light 10 which is due to back reflections of the laser light 10 at the optical
  • soot particle sensor 16 would fall on the detector 26, greatly reduced. Such laser light would produce annoying additional shot noise, which would detect e.g. in the form of temperature radiation from soot particles in the spot 22 would make it more difficult to radiate 14.
  • the disturbing noise background for the soot particles 12 e.g. pulses of radiation 14 emitted in the form of temperature radiation are reduced.
  • the embodiment having the filter 42 specifically utilizes the narrow bandwidth of laser sources (e.g. laser diodes) by filtering out exactly this narrow bandwidth in front of the light detector 26. It is also conceivable to use a simple edge filter. The signal-to-noise ratio improves significantly as a result.
  • the filter 42 allows the excitation light (laser light) to be filtered out in conjunction with the almost complete one
  • the control and evaluation electronics 62 can be a separate control device, or it can be integrated in a control device that is used to control the
  • the control and evaluation electronics 62 has a control module 64 which controls the intensity of the laser light 10 emanating from the laser module 18.
  • the signal of the detector 26 is processed in the control unit according to the invention, that is to say with the method according to the invention or one of its configurations, by an evaluation circuit 66 which, for this purpose, has a microprocessor and a memory in which
  • Results of the processing are provided, for example, at an output 67 of the evaluation circuit 66 or the control and evaluation electronics 62,
  • Particle sensor is that a small particle in the middle of the
  • Laser spots may produce the same signal as a larger particle at the edge of the spot. It is no longer possible to determine the size of the particles from the measured signal amplitudes.
  • This invention offers a solution to this problem for an Lll sensor with at least partially parallel exhaust gas flow guidance to the laser beam.
  • FIG. 4 schematically shows a simulated intensity distribution 70 around the laser spot along the direction of propagation of the beam and the trajectory 72 of a particle that flies past the laser spot 22.
  • the closed loops 74, 76, 78 are lines of constant radiation intensity.
  • the radiation intensity is constant along a closed loop 74, 76, 78 and decreases in the case of adjacent loops from the inside to the outside.
  • the direction of the laser radiation is parallel to the direction of flow of the particles
  • the spot 22 has a constriction. That is, each individual loop 74, 76, 78 of constant intensity has a waist.
  • the concave constriction is illustrated by the dashed line 79.
  • the physical units of the abscissa and the ordinate are lengths.
  • the spot 22 is in the narrowest part of the waist.
  • the waist shape has the consequence that the distance of such a particle from the closest point of such a closed loop 74, 76, 78 when flying past the laser spot 22 has a local maximum that lies between two local minima .
  • the radiation intensity of the laser spot is locally maximal in the local distance minima, and the radiation intensity of the laser spot is locally minimal in the local distance maxima.
  • the temperature of the particle heated by the laser radiation has a local temperature maximum at each local distance minimum and a local temperature minimum at the local distance maximum.
  • the temperature radiation emanating from the particle has a local temperature radiation maximum at each local distance minimum and a local temperature radiation minimum at the local distance maximum.
  • Thermal radiation of a particle flying past the laser spot 22 at a lateral distance has a double peak.
  • FIG. 5 shows such a double peak 80 for the temperature radiation of a particle flying past the laser spot 22 over time. While a particle flying through the center of the laser spot 22 produces only one intensity peak, the double peak structure shown in FIG. 5 is characteristic of a particle (trajectory 72) that flies past the laser spot 22. It has been shown that the temporal distance between the peaks 82, 84 of the double peak also increases as the lateral distance between a particle flying past the laser spot 22 and the laser spot 22 increases.
  • Figure 7 shows the single peak of an Lll signal for a through the center of the
  • the detection of the double peak structure which is characteristic of the side flyby can take place by means of various signal processing methods, for example pattern recognition by means of artificial intelligence, fitting the curve to one known curve shape, or by simple algorithms for finding
  • FIG. 6 shows a flow diagram as an exemplary embodiment of a
  • the flowchart is also an exemplary embodiment of an embodiment of the method according to the invention, with which signals from particles whose lateral distance from the center of the laser spot 22 are comparatively small can be distinguished from signals from particles whose lateral distance from the center of the laser spot 22 is comparatively large.
  • This distinction can be used to filter out the particles flying by at a comparatively large distance. In this way, measurement errors can be avoided which could be caused by the comparatively weak heating of the last-mentioned particles. Because of their lower thermal radiation compared to hotter particles, such particles would be incorrectly rated as particles with a smaller mass, which would falsify a determination of the particle mass.
  • the method is carried out, for example, by the control and evaluation electronics 62.
  • the method is started in a step 100.
  • a step 102 it is checked whether the detector registers a first radiation energy pulse, ie a peak. If this is not the case, the query made by step 102 is repeated until a first peak 82 is registered.
  • a first peak is recognized, for example, by the signal level of the detector signal being above a predetermined threshold value.
  • step 102 If a first peak 82 is registered in step 102, a timer is started in a step 104 which then follows step 102.
  • Step 104 is followed by a query step 106.
  • Step 106 is followed by a query step 106.
  • Query step 106 is decided in each case which of the two query steps 108 and 110 is carried out as the next step. For this purpose, it is checked in step 106 whether a second peak has occurred since the timer was started in step 104 84 was registered.
  • a second peak 84 is recognized, for example, by a signal level of the detector signal above a predetermined one
  • Threshold is.
  • the thresholds for detection of a first peak 82 and a second peak 84 can be the same or they can differ from one another.
  • step 106 If a second peak 84 was not registered in step 106, which is a
  • step 108 in which it is checked whether a first time period t1 has elapsed since the start of the timer.
  • the first time period t1 corresponds to the maximum spacing of the peaks 82, 84 of a double peak 80 that was generated by a single particle. If the time interval t1 has not yet elapsed since the start of the timer, the program branches back to step 106. Steps 106 and 108 accordingly form a waiting loop. If the time that has elapsed since the start of the timer is greater than the first time period t1, the
  • step 112 Leave the waiting loop out of step 108 in step 112, in which the first peak is evaluated.
  • This route to step 112 is characteristic of particles that do not produce a double peak. Particles that cross the hot spot 22 of the particle sensor 16 and thereby generate a single peak per particle are thus detected and evaluated.
  • the waiting loop 106, 108 which has the two query steps 106 and 108, is exited from the query step 106 to the query step 110.
  • the query made by the query step 106 as to whether a peak has been registered is answered with yes before the time period t1 has elapsed.
  • the subsequent query step 110 it is checked whether the period of time that has elapsed since the start of the timer in step 104 is greater than a predetermined period of time t2, the length of the period of time t2 being less than the length of the period of time t1.
  • the length of the predetermined time period t2 depends on how large is the minimum lateral distance of the particles flying past from the spot 22 that are still to be counted. The greater this distance, the greater the time period t2 to be specified.
  • step 1 12 the method branches to step 1 12 in which an evaluation takes place. This allows a distinction to be made between particles that fly close enough to the spot 22 to be heated up to their saturation temperature and particles that pass the spot 22 so far to the side that they are no longer heated to their saturation temperature.
  • the evaluation includes at least one value of the peak as a particle, which can be done, for example, by increasing a particle counter reading, and the evaluation of the height of the first peak 82 of a double peak 80.
  • the registered height is assigned to a particle size.
  • the size of the particles is so related to the height of the peak that larger particles also produce higher peaks. This relationship is taken into account in the evaluation in that higher peaks correspond to larger values of the
  • Particle size can be assigned.
  • step 112 the timer is set back to its starting value, for example zero, in step 114. This is followed again by step 102, in which a peak is registered for registration.
  • step 110 the method branches directly from step 110 to step 114, so that the associated particle is not evaluated.
  • signals from particles whose lateral flyby occurs at a distance that is too large for evaluation are filtered out (not evaluated).
  • the time period t2 is just specified so that particles that
  • step 110 this is achieved in that the method when the one measured with the timer Time t exceeds the duration of time t2, not branched for evaluation in step 1 12. Instead, in the exemplary embodiment shown, a branch is made to step 114, in which the timer is reset to its starting value. In this case too, the program then returns to step 102 so that further particles can be counted and evaluated.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors (16), der ein einen Laser aufweisendes Lasermodul (18) und ein zur Detektion von Temperaturstrahlung (14) eingerichteten Detektor (26), ein im Strahlengang des Lasers des Lasermoduls (18) angeordnetes optisches Element (20) und einen Detektor (26) aufweist, wobei das optische Element dazu eingerichtet ist, von dem Lasermodul (18) ausgehendes Laserlicht (10) in einen Spot (22) zu bündeln, und wobei der Detektor (26) im Partikelsensor (16) so angeordnet ist, dass er vom Spot (22) ausgehende Strahlung (14) detektiert. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausgangssignale des Detektors einer Filterung unterzogen werden, mit der von nicht ausreichend aufgeheizten Partikeln erzeugte Ausgangssignale von einer weiteren Auswertung ausgeschlossen werden. Ein unabhängiger Anspruch richtet sich auf ein zum Betreiben des Partikelsensors eingerichtetes Steuergerät.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Partikelsensors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs.
Der bei dem Verfahren verwendete Partikelsensor weist ein einen Laser aufweisendes Lasermodul und einen zur Detektion von Temperaturstrahlung eingerichteten Detektor, ein im Strahlengang des Lasers des Lasermoduls angeordnetes optisches Element und einen Detektor auf. Das optische Element ist dazu eingerichtet, von dem Lasermodul ausgehendes Laserlicht in einen Spot zu bündeln. Der Detektor des Partikelsensors ist so angeordnet, dass er vom Spot ausgehende Strahlung detektiert.
Mit modernen Dieselmotoren angetriebene Kraftfahrzeuge sind mit Partikelfiltern ausgerüstet. Die Funktionsfähigkeit dieser Partikelfilter muss gesetzlichen Vorschriften entsprechend mit On-Board Diagnose-Mitteln überwacht werden.
Für Kraftfahrzeuge werden dabei zum Beispiel einen elektrischen Widerstand aufweisende Sensoren verwendet, die von der Anmelderin hergestellt und vertrieben werden. Die Funktionsweise dieser bekannten Sensoren basiert auf der Bildung von leitfähigen Rußpfaden zwischen zwei Interdigital-Elektroden. Bei diesen Sensoren ist die Anstiegszeit des Stromes nach Anlegen einer Spannung ein Maß für die Rußkonzentration. Dabei wird die Massenkonzentration (mg/m3 Abgas bzw. mg/km Fahrstrecke) gemessen. Die Berechnung der
Anzahlkonzentration (Zahl der Partikel pro m3 Abgas bzw. pro km Fahrstrecke) ist bei diesem Sensorkonzept aus vielfältigen Gründen nur sehr schwer möglich oder sogar unmöglich. Der bekannte Sensor wird periodisch regeneriert, indem er durch ein integriertes Heizelement auf mindestens 700°C aufgeheizt wird, wodurch die Rußablagerungen wegbrennen.
In der wissenschaftlichen Szene, welche sich mit dem Einfluss der feinen Partikel auf die Gesundheit beschäftigt, gibt es seit langem Diskussionen darüber, welche der Größen Partikel-Gesamtmasse (in mg/m3 oder in mg/km angegeben) oder Anzahl n der Partikel (n/m3 oder n/km) in Bezug auf Beeinträchtigungen der Gesundheit die kritischere Größe ist. Dabei ist zu beachten, dass gerade die kleinen Rußpartikel, welche aufgrund ihrer sehr kleinen Masse (m~r3) einen nur geringen Anteil an der Gesamtmasse haben, besonders gefährlich sind. Dies liegt an ihrer hohen„Eindringtiefe“ in den menschlichen Körper, die sich aus ihrer geringen Größe ergibt. Es ist daher absehbar, dass die Gesetzgebung On Board Diagnose Mittel zur messtechnischen Erfassung auch der Partikelanzahl vorschreiben wird, sobald entsprechende (von der Performance und dem Preis her akzeptable) Lösungen auf dem Markt verfügbar sind.
Das Prinzip der Laser Induzierten Inkandeszenz (LII) ist zur Detektion von Nanopartikeln (in Luft) bereits seit längerem bekannt und wird z.B. auch für die Charakterisierung des Verbrennungsprozesses in„gläsernen“ Motoren im Labor oder für die Abgas-Charakterisierung in Laborumgebungen intensiv angewandt. Dabei werden die Rußpartikel mit einem Nanosekunden-Puls eines
Hochleistungslasers auf mehrere Tausend Grad Celsius erhitzt, so dass sie signifikant Temperaturstrahlung emittieren. Diese thermisch induzierte
Lichtemission der Rußpartikel wird mit einem Lichtdetektor gemessen. Die Methode erlaubt die Detektion von sehr kleinen Rußpartikeln mit einem
Durchmesser bis hinunter zu einer Größe von wenigen 10 nm.
Dabei ist der Einsatz von gepulsten Lasern zur gleichzeitigen Detektion vieler Partikel als auch von CW-Lasern (continuous wave) zur Detektion von einzelnen Partikeln bekannt. In diesem Zusammenhang zeigt US 2003/197863 A eine Verwendung einer Erhitzung eines Ensembles von Partikeln durch einen
Nanosekunden-Hochleistungslaser, welcher eine sehr hohe Lichtintensität für eine kurze Zeit (ns) erreicht. Der Betrieb erfolgt im kollimierten (parallel ausgerichteten) Teil des Strahls mit einem Querschnitt von einigen
Quadratzentimetern bzw. -millimetern. Somit werden mit einem einzigen
Laserpuls tausende von Rußpartikeln gleichzeitig aufgeheizt, was eine Zählung von einzelnen Partikeln nicht erlaubt. Außerdem wird hier ein nicht
miniaturisierbarer und kostenintensiver Laser verwendet.
Bei US 2001/0767104 wird die gleiche Funktionsweise verwendet, wie bei der US 2003/197863 A, jedoch mit dem Unterschied, dass die letztere Schrift ein geschlossenes Gerät betrifft, das einen Eingang für das die Partikel
transportierende Abgas besitzt. Die Messung der Partikel findet innerhalb des Gerätes statt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von diesem Stand der Technik dadurch, dass die Ausgangssignale des Detektors einer Filterung unterzogen werden, mit der von nicht ausreichend aufgeheizten Partikeln erzeugte Ausgangssignale von einer weiteren Auswertung ausgeschlossen werden. Das erfindungsgemäße Steuergerät unterscheidet sich von diesem Stand der Technik dadurch, dass es dazu eingerichtet diese Verfahrensschritte auszuführen.
Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Partikelsensor arbeitet mit einem fokussierten Laser-Strahl mit sehr hoher Intensität, um die durch den Laserspot hindurch fliegenden Rußpartikel auf mehrere tausend Grad zu erhitzen. Als Messsignal wird das thermisch emittierte Licht der aufgeheizten Partikel verwendet. In der hier vorgestellten Erfindung wird ein kontinuierlich arbeitender (CW-) Laser verwendet, dessen Strahlung über entsprechende optische Elemente (z.B. Linsen) auf einen sehr kleinen Spot fokussiert wird. Als Laserquelle können kostengünstige Halbleiter Laserdioden eingesetzt werden, was die Kosten für den Partikelsensor stark senkt. Die Detektion des LII-Lichtes kann z.B. mittels einer empfindlichen Fotodiode oder eines Multi-Pixel-Photon- Counters (MPPC) erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt sowohl eine Messung der Anzahl- als auch der Massenkonzentration von Partikeln in einem Fluid. Bei dem Fluid kann es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln. Die Partikel sind zum Beispiel Flüssigkeitströpfchen in einem Aerosol oder Rußpartikel im Abgas von Diesel oder Benzinfahrzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Einzelpartikeldetektion in einem Prüfvolumen, so dass auch die Partikelgröße aus den Messdaten bestimmt werden kann.
Die Erfindung erlaubt insbesondere eine On Board Diagnose des Zustandes von Partikelfiltern im Abgassystem von Verbrennungsmotoren. Dazu ist der Sensor im Abgasstrom stromabwärts von dem Partikelfilter angeordnet. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Partikelsensor besitzt eine vorteilhaft kurze Ansprechzeit und ist sofort nach seiner durch das Einschalten des Lasers erfolgenden Aktivierung einsatzbereit. Gerade in Benzinfahrzeugen ist die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mögliche Partikelzahl-Messfähigkeit sowie die sofortige Einsatzbereitschaft des Sensors unmittelbar nach dem Start des Fahrzeugs sehr wichtig, da ein Großteil der bei Benzinmotoren typischerweise sehr feinen Partikel (wenig Masse, hohe Anzahl) während des Kaltstarts entsteht
Die erfindungsgemäße Filterung erlaubt eine Unterscheidung von Partikeln die durch den Laserspot geflogen sind von solchen Partikeln, die in einem vergleichsweise kleineren Abstand am Laserspot vorbeigeflogen sind und eine Unterscheidung der letztgenannten Partikel von solchen Partikeln, die in einem vergleichsweise größeren Abstand am Laserspot vorbeigeflogen sind, aus dem detektierten Signal. Die zuletzt genannten Partikel werden nicht ausgewertet und damit ausgefiltert.
Damit wird sichergestellt, dass alle ausgewerteten Partikel eine annähernd gleiche Temperatur erreicht haben (Sättigungstemperatur -3500K). Nur in diesem Fall annähernd gleicher Temperatur hängt die Signalintensität direkt von der Partikelgröße ab. In der Umkehrung erlaubt dies eine Bestimmung der Partikelgröße aus der Signalintensität.
Außerdem sorgt eine solche Filterung für eine klar definierte Größe des
Detektionsvolumens bzw. -querschnitts, wodurch eine genaue
Volumenkonzentration der Partikel aus den gemessenen Daten extrahierbar wird. Die hohe Genauigkeit der Bestimmung des Detektionsvolumens erlaubt eine genaue Konzentrationsbestimmung (Partikel/m3 oder Partikel/km). Die hohe Genauigkeit der Größenbestimmung erlaubt eine genaue Bestimmung der Partikelmasse (mg/m3 bzw. mg/km). Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur zur Bestimmung von
Partikelmassen und Partikelkonzentrationen im Abgas von
Verbrennungsmotoren, sondern auch für andere Szenarios und Einsatzbereiche verwendet werden, zum Beispiel für Portable Emission Monitoring Systeme, Messungen von Raumluftqualität, und Messungen von Emissionen von
Verbrennungsanlagen (privat, industriell), ohne dass diese Aufzählung Anspruch auf Vollzähligkeit erhebt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Filterung so erfolgt, dass Peaks, die eine charakteristische Doppelpeak-Struktur aufweisen, von der weiteren Auswertung ausgeschlossen werden.
Bevorzugt ist auch, dass eine Erkennung der charakteristischen Doppelpeak- Struktur mittels eines Signalverarbeitungsverfahrens erfolgt.
Weiter ist bevorzugt, dass das Signalverarbeitungsverfahren mit einer
Mustererkennung mittels künstlicher Intelligenz oder einem Fitten einer Kurve der Doppelpeak-Struktur an eine Muster-Kurvenform oder durch Algorithmen zur Findung von Hochpunkten der Doppelpeak-Struktur und zur Auswertung eines zeitlichen Abstandes der Hochpunkte erfolgt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Filterung auf einer Auswertung des zeitlichen Abstandes von Peaks im
Ausgangssignal des Detektors basiert.
Bevorzugt ist auch, dass ein erster Peak im Ausgangssignal des Detektors erfasst wird und eine Entscheidung darüber, ob der erfasste erste Peak als ein ein Partikel anzeigendes Ereignis gezählt wird, davon abhängig ist, ob innerhalb einer vorgegebenen ersten Zeitdauer t1 , die mit dem Erfassen des ersten Peaks beginnt, ein weiterer Peak im Ausgangssignal des Detektors erfasst wird.
Weiter ist bevorzugt, dass die erste Zeitdauer t1 in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Fluids vorgegeben wird, das die Partikel transportiert.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Zeitspanne erfasst wird, die seit dem Erfassen des ersten Peaks verstrichen ist, dass der erste Peak als ein Partikel gezählt wird, wenn innerhalb der vorgegebenen ersten Zeitdauer kein weiterer Peak im Ausgangssignal des Detektors erfasst wird.
Bevorzugt ist auch, dass dann, wenn ein zweiter Peak innerhalb der ersten Zeitdauer t1 erfasst worden ist, überprüft wird, ob der zweite Peak innerhalb einer Zeitdauer t2 erfasst worden ist, die kürzer als die erste Zeitdauer t1 ist und dass dann, wenn der zweite Peak innerhalb der zweiten Zeitdauer erfasst worden ist, der erste Peak und der zweite Peak eines Doppel-Peaks zusammen als ein Partikel gezählt werden.
Weiter ist bevorzugt, dass die Höhe eines Peaks als Maß für die Größe des Partikels gewertet wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Höhe des ersten Peaks des Doppelpeaks als Maß für die Größe gewertet wird.
Bevorzugt ist auch, dass vom Spot ausgehende Strahlung einer
Wellenlängenfilterung unterzogen wird, bei der im Wellenlängenbereich der Laserstrahlung liegende Wellenlängen ausgeschlossen werden.
Mit Blick auf Ausgestaltungen des Steuergerätes ist bevorzugt, dass dieses dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert ist, ein Verfahren nach einem der oben genannten Ausgestaltungen des Verfahrens auszuführen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form: Fig. 1 ein auf der Laser Induzierten Inkandeszenz basierendes Messprinzip, das bei der Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen
Rußpartikelsensors;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rußpartikelsensors;
Fig. 4 schematisch eine simulierte Intensitätsverteilung um den Laserspot und die Trajektorie eines Partikels, das am Laserspot vorbei fliegt;
Fig. 5 ein Lll-Signal (Intensität der von einem Partikel ausgehenden
Temperaturstrahlung) für ein seitlich am Zentrum des Laserspots vorbeifliegendes Partikel über der Zeit;
Fig. 6 ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Figur 7 ein Lll-Signal für ein durch das Zentrum des Laserspots hindurch
fliegendes Partikel über der Zeit.
Figur 1 veranschaulicht das auf der Laser Induzierten Inkandeszenz (LII) basierende Messprinzip. Laserlicht 10 hoher Intensität trifft auf ein Rußpartikel 12. Die Intensität des Laserlichts 10 ist so hoch, dass die vom Rußpartikel 12 absorbierte Energie des Laserlichtes 10 das Rußpartikel 12 auf mehrere
Tausend Grad Celsius erhitzt. Als Folge der Erhitzung emittiert das Rußpartikel 12 spontan und im Wesentlichen ohne Vorzugsrichtung signifikant Strahlung 14 in Form von Temperaturstrahlung, im Folgenden auch als LII-Licht bezeichnet.
Ein Teil der in Form von Temperaturstrahlung emittierten Strahlung 14 wird daher auch entgegengesetzt zur Richtung des einfallenden Laserlichtes 10 emittiert.
Figur 2 zeigt schematisch einen prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rußpartikelsensors 16. Der Rußpartikelsensor 16 weist hier ein CW-Lasermodul 18 (CW: continuous wave; Dauerstrich) auf, dessen bevorzugt paralleles Laserlicht 10 mit wenigstens einem im Strahlengang des CW-Lasermoduls 18 angeordneten optischen Element 20 auf einen sehr kleinen Spot 22 fokussiert wird. Das CW-Lasermodul 18 wird bevorzugt mit kleineren Leistungen, insbesondre mit Leistungen zwischen 50 mW und 500 mW, teilweise auch bis zu 5000mW, betrieben. Das optische Element 20 ist bevorzugt eine erste Linse 24. Nur im Volumen des Spots 22 erreicht die Intensität des Laserlichts 10 die für LII notwendigen hohen Werte.
Die Abmessungen des Spots 22 liegen im Bereich einiger Mikrometer, insbesondere im Bereich von zum Beispiel zehn Mikrometern. Bei einer angenommenen Partikelkonzentration von 1013 pro m3 kann dann bei typischen Abgasgeschwindigkeiten von Verbrennungsmotoren davon ausgegangen werden, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur ein Partikel durch den Spot 22 fliegt und zur Emission auswertbarer Strahlungsleistungen angeregt wird, sei es durch laserinduzierte Inkandeszenz oder durch chemische
Reaktionen (insbesondere Oxidation). Als Folge kann davon ausgegangen werden, dass sich stets höchstens ein Rußpartikel 12 in dem Spot 22 befindet und dass ein momentanes Messsignal des Rußpartikelsensors 16 nur von diesem höchstens einen Rußpartikel 12 stammt. Das Messsignal wird von einem Detektor 26 erzeugt, der im Rußpartikelsensor 16 so angeordnet ist, dass er vom den Spot 22 durchfliegenden Rußpartikel 12 ausgehende Strahlung 14, insbesondere Temperaturstrahlung detektiert. Der Detektor 26 weist dazu bevorzugt wenigstens eine Fotodiode 26.1 auf. Damit wird eine
Einzelpartikelmessung möglich, welche die Extraktion von Informationen über das Rußpartikel 12 wie Größe und Geschwindigkeit ermöglicht.
Damit lässt sich die Abgasgeschwindigkeit bestimmen, und die Berechnung eines Partikelgrößenspektrums wird möglich. Die erste Größe ist für die
Berechnung der Anzahlkonzentration der Rußpartikel 12 wichtig. In Kombination mit der zweiten Größe kann auch die Massenkonzentration berechnet werden. Dies stellt einen klaren Vorteil gegenüber anderen Messmethoden für die Rußpartikelmessung dar.
Figur 3 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rußpartikelsensors 16, der sich für den Einsatz als Rußpartikelsensor im Abgas eines Verbrennungsprozesses eignet.
Der Rußpartikelsensor 16 weist eine Anordnung aus einem äußeren Schutzrohr 28 und einem inneren Schutzrohr 30 auf. Die beiden Schutzrohre 28, 30 haben bevorzugt eine allgemeine Zylinderform oder Prismenform. Die Grundflächen der Zylinderformen sind bevorzugt kreisförmig, elliptisch oder vieleckig. Die Zylinder sind bevorzugt koaxial angeordnet, wobei die Achsen der Zylinder quer zur Strömung von Abgas 32 ausgerichtet sind. Das innere Schutzrohr 30 ragt in Richtung der Achsen über das äußere Schutzrohr 28 hinaus in das strömende Abgas 32 hinein. An dem dem strömenden Abgas abgewandten Ende der beiden Schutzrohre 28, 30 ragt das äußere Schutzrohr 28 über das innere Schutzrohr 30 hinaus. Die lichte Weite des äußeren Schutzrohrs 28 ist bevorzugt so viel größer als der äußere Durchmesser des inneren Schutzrohrs 30, dass sich zwischen den beiden Schutzrohren 28, 30 ein erster Strömungsquerschnitt ergibt. Die lichte Weite des inneren Schutzrohrs 30 bildet einen zweiten
Strömungsquerschnitt.
Diese Geometrie hat zur Folge, dass Abgas 32 über den ersten
Strömungsquerschnitt in die Anordnung der beiden Schutzrohre 28, 30 eintritt, dann an dem dem Abgas 32 abgewandten Ende der Schutzrohre 28, 30 seine Richtung ändert, in das innere Schutzrohr 30 eintritt und aus diesem vom vorbeiströmenden Abgas 32 herausgesaugt wird. Dabei ergibt sich im inneren Schutzrohr 30 eine laminare Strömung. Diese Anordnung von Schutzrohren 28, 30 wird mit dem Rußpartikelsensor 16 quer zur Abgasströmung an, bzw. in einem Abgasrohr befestigt.
Der Rußpartikelsensor 16 weist darüber hinaus das Lasermodul 18 auf, das bevorzugt paralleles Laserlicht 10 erzeugt. Im Strahlengang des bevorzugt parallelen Laserlichtes 10 befindet sich ein Strahlteiler 34. Ein den Strahlteiler 34 ohne Umlenkung durchlaufender Teil des Laserlichtes 10 wird durch das optische Element 20 zu einem sehr kleinen Spot 22 im Inneren des inneren Schutzrohrs 30 fokussiert. In diesem Spot 22 ist die Lichtintensität hoch genug, um die mit dem Abgas 32 transportierten Rußpartikel 12 auf mehrere Tausend Grad Celsius zu erhitzen, so dass die erhitzten Rußpartikel 12 signifikant Strahlung 14 in Form von Temperaturstrahlung emittieren. Die Strahlung 14 liegt zum Beispiel im nah-infraroten und sichtbaren Spektralbereich mit einem
Maximum im roten Bereich (bei ca. 750nm), ohne dass die Erfindung auf Strahlung 14 aus diesem Spektralbereich beschränkt ist. Ein Teil dieser ungerichtet in Form von Temperaturstrahlung emittierten Strahlung 14, beziehungsweise dieses LII-Lichtes, wird von dem optischen Element 20 erfasst und über den Strahlteiler 34 auf den Detektor 26 gerichtet. Dieser Aufbau hat den besonders wichtigen Vorteil, dass nur ein optischer Zugang zum Abgas 32 benötigt wird, da die gleiche Optik, insbesondere das gleiche optische Element 20 für die Erzeugung des Spots 22 und für das Erfassen der vom Rußpartikel 12 ausgehenden Strahlung 14 benutzt wird. Das Abgas 32 ist ein Beispiel eines Messgases. Das Messgas kann auch ein anderes Gas oder Gasgemisch sein, zum Beispiel Raumluft, oder eine Flüssigkeit.
Beim Gegenstand der Figur 3 weist das Lasermodul 18 eine Laserdiode 36 und eine zweite Linse 38 auf, die das von der Laserdiode 36 ausgehende Laserlicht 10 bevorzugt parallel ausrichtet. Der Einsatz der Laserdiode 36 stellt eine besonders kostengünstige und einfach handhabbare Möglichkeit der Erzeugung von Laserlicht 10 dar. Das bevorzugt parallele Laserlicht 10 wird durch das optische Element 20 zum Spot 22 fokussiert.
Der optische Rußpartikelsensor 16 weist bevorzugt einen dem Abgas
ausgesetzten ersten Teil 16.1 und einen dem Abgas nicht ausgesetzten zweiten Teil 16.2 auf, der die optischen Komponenten des Rußpartikelsensors 16 enthält. Beide Teile sind durch eine Trennwand 16.3 getrennt, die zwischen den
Schutzrohren 28, 30 und den optischen Elementen des Rußpartikelsensors verläuft. Die Wand 16.3 dient der Isolation der empfindlichen optischen Elemente von dem heißen, chemisch aggressiven und„schmutzigen“ Abgas 32. In der Trennwand 32 ist im Strahlengang des Laserlichtes 10 ein Schutzfenster 40 angebracht, durch das hindurch das Laserlicht 10 in das Abgas 32 einfällt und über das vom Spot 22 ausgehende Strahlung 14 auf das optische Element 20 und von da aus über den Strahlteiler 34 auf den Detektor 26 einfallen kann.
Alternativ zu dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Erzeugung des Spots 22 und das Erfassen der von Rußpartikeln im Spot ausgehenden
Strahlung 14 auch über getrennte optische Strahlengänge erfolgen.
Es wäre prinzipiell denkbar, dass das Laserlicht von der Lichtquelle bis zur Fokussierlinse mit Hilfe von einem Lichtwellenleiter und entsprechenden ein- und auskoppelnden optischen Elementen geleitet wird. Das Gleiche gilt auch für das zu detektierende LII-Licht, das von im Spot aufgeheizten Partikeln ausgeht. Es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass das Laserlicht und das LII-Licht über die gleiche Linse entsprechend fokussiert und eingesammelt werden. Im Prinzip ist die Erfindung auf einen beliebigen Lll-Sensor anwendbar, solange die Partikel über einen fokussierten CW-Laser erhitzt werden und die Abgasstromführung und der Laserstrahl zumindest teilweise parallel verlaufen.
Es ist auch denkbar, den Spot 22 mit anderen als den hier lediglich als
Ausführungsbeispiel angegebenen Linsenkombinationen zu erzeugen.
Außerdem kann der Rußpartikelsensor 16 auch mit anderen Laserlichtquellen als den hier für Ausführungsbeispiele angegebenen Laserdioden 36 verwirklicht werden.
Figur 3 zeigt auch ein optionales zusätzliches Filter 42, das im Strahlengang zwischen dem Strahlteiler 34 und dem Detektor 26 angeordnet ist. Das Filter 42 zeichnet sich dadurch aus, dass es für das Laserlicht 10 weniger durchlässig ist als für die Strahlung 14, die vom Spot 22 ausgeht, wenn sich dort ein Rußpartikel 12 befindet.
Dieses Ausführungsbeispiel verbessert das Signal-to-Noise-Ratio des auf den Detektor 26 fallenden Lichtes deutlich, weil es die Menge an Laserlicht 10, das aufgrund von Rückreflexionen des Laserlichtes 10 an den optischen
Komponenten des Rußpartikelsensors 16 auf den Detektor 26 fallen würde, stark reduziert. Solches Laserlicht würde störendes zusätzliches Schrotrauschen erzeugen, das eine Detektion der z.B. in Form von Temperaturstrahlung von Rußpartikeln im Spot 22 ausgehenden Strahlung 14 erschweren würde. Durch das Filter 42 wird der störende Rauschuntergrund für die von Rußpartikeln 12 z.B. in Form von Temperaturstrahlung emittierten Impulse von Strahlung 14 reduziert. Das den Filter 42 aufweisende Ausführungsbeispiel nutzt spezifisch die schmale Bandbreite von Laserquellen (z.B. Laserdioden) aus, indem genau diese schmale Bandbreite vor dem Lichtdetektor 26 ausgefiltert wird. Denkbar ist auch die Verwendung eines einfachen Kantenfilters. Das Signal-to-Noise-Ratio verbessert sich dadurch sehr stark.
Bei einem Einbau des Rußpartikelsensors 16 in einen Abgasstrang eines Verbrennungsprozesses erlaubt die mit dem Filter 42 erfolgende Ausfilterung des Anregungslichts (Laserlichtes) in Verbindung mit der fast kompletten
Abwesenheit von Fremd-/Umgebungslicht im Abgasstrang die Verwendung von besonders empfindlichen Detektoren 26, z.B. von kostengünstigen SiPM (Silicon photomultiplier) oder SPAD-Dioden (single-photon avalanche diode). Als Folge kann bereits ein von einem besonders kleinen Rußpartikel erzeugtes und daher extrem kleines Lichtsignal, das beispielsweise von wenigen 10 Photonen gebildet wird, detektiert werden. Damit sinken die Abmessungen von Rußpartikeln, die gerade noch nachweisbar sind, auf eine untere Nachweisgrenze von 10 bis 100 nm ab.
Die Steuer- und Auswerteelektronik 62 kann ein separates Steuergerät sein, oder sie kann in ein Steuergerät integriert sein, das zur Steuerung des
Verbrennungsprozesses dient. Die Steuer- und Auswerteelektronik 62 weist ein Steuermodul 64 auf, das die Intensität des vom Lasermodul 18 ausgehenden Laserlichtes 10 steuert. Das Signal des Detektors 26 wird im Steuergerät erfindungsgemäß, das heißt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer seiner Ausgestaltungen, durch eine Auswerteschaltung 66 verarbeitet, die dazu zum Beispiel einen Mikroprozessor und einen Speicher aufweist, in dem
Anweisungen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert sind. Ergebnisse der Verarbeitung werden zum Beispiel an einem Ausgang 67 der Auswerteschaltung 66 oder der Steuer- und Auswerteelektronik 62 bereitgestellt,
Ein generelles Problem eines solchen und jeden anderen Lll-basierten
Partikelsensors besteht darin, dass ein kleines Partikel in der Mitte des
Laserspots unter Umständen das gleiche Signal erzeugt, wie ein größeres Partikel am Rande des Spots. Damit ist die Größenbestimmung für die Partikel aus den gemessenen Signalamplituden nicht mehr möglich. Diese Erfindung bietet eine Lösung für dieses Problem für einen Lll-Sensor mit zumindest teilweiser parallelen Abgasstromführung zum Laserstrahl.
Die Figur 4 zeigt schematisch eine simulierte Intensitätsverteilung 70 um den Laserspot entlang der Ausbreitungsrichtung des Strahls und die Trajektorie 72 eines Partikels, das am Laserspot 22 vorbei fliegt. Die geschlossenen Schleifen 74, 76, 78 sind Linien konstanter Strahlungsintensität. Die Strahlungsintensität ist jeweils längs einer geschlossenen Schleife 74, 76, 78 konstant und nimmt bei einander benachbarten Schleifen von innen nach außen ab. Die Richtung der Laserstrahlung ist parallel zur Strömungsrichtung des die Partikel
transportierenden Fluides, also parallel zur Richtung der Trajektorie 72. Der Spot 22 weist eine Einschnürung auf. D.h., dass jede einzelne Schleife 74, 76, 78 konstanter Intensität eine Taille aufweist. Die konkave Einschnürung wird durch die gestrichelte Linie 79 verdeutlicht. Die physikalischen Einheiten der Abscisse und der Ordinate sind jeweils Längen. Der Spot 22 liegt in der engsten Stelle der Taille.
Für ein an dem Laserspot 22 vorbeifliegendes Partikel hat die Taillenform die Folge, dass der Abstand eines solchen Partikels vom jeweils nächstliegenden Punkt einer solchen geschlossenen Schleife 74, 76, 78 beim Vorbeiflug an dem Laserspot 22 ein lokales Maximum aufweist, das zwischen zwei lokalen Minima liegt. In den lokalen Abstandsminima ist die Strahlungsintensität des Laserspots lokal maximal, und in den lokalen Abstandsmaxima ist die Strahlungsintensität des Laserspots lokal minimal.
Entsprechend weist die Temperatur des von der Laserstrahlung aufgeheizten Partikels bei jedem lokalen Abstandsminimum ein lokales Temperaturmaximum und beim lokalen Abstandsmaximum ein lokales Temperaturminimum auf.
Entsprechend der Temperatur des Partikels weist die von dem Partikel ausgehende Temperaturstrahlung bei jedem lokalen Abstandsminimum ein lokales Temperaturstrahlungsmaximum und beim lokalen Abstandsmaximum ein lokales Temperaturstrahlungsminimum auf. Im Ergebnis weist die
Temperaturstrahlung eines in einem seitlichen Abstand am Laserspot 22 vorbeifliegenden Partikels einen Doppelpeak auf.
Die Figur 5 zeigt einen solchen Doppelpeak 80 für die Temperaturstrahlung eines seitlich am Laserspot 22 vorbeifliegenden Partikels über der Zeit. Während ein durch das Zentrum des Laserspots 22 hindurchfliegendes Partikel nur einen Intensitätspeak erzeugt, ist die in der Figur 5 ersichtliche Doppel peak-Struktur für ein seitlich am Laserspot 22 vorbeifliegendes Teilchen (Trajektorie 72) charakteristisch. Es hat sich gezeigt, dass der zeitliche Abstand der Peaks 82, 84 des Doppelpeaks mit größer werdendem seitlichen Abstand eines am Laserspot 22 vorbeifliegenden Partikels zum Laserspot 22 ebenfalls größer wird. Figur 7 zeigt den Einfach-Peak eines Lll-Signals für ein durch das Zentrum des
Laserspots hindurch fliegendes Partikel über der Zeit.
Die Erkennung der für den seitlichen Vorbeiflug charakteristischen Doppelpeak- Struktur kann mittels verschiedener Signalverarbeitungsverfahren erfolgen, z.B. Mustererkennung mittels künstlicher Intelligenz, Fitten der Kurve an eine bekannte Kurvenform, oder durch einfache Algorithmen zur Findung von
Hochpunkten und Vergleich ihrer zeitlichen Positionen.
Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterscheidung von Signalen, die von einem zentrumsnah durch den Laserspot 22 hindurchfliegenden Partikel erzeugt werden, von Signalen, die von seitlich weniger zentrumsnah am Laserspot 22 vorbeifliegenden Partikeln erzeugt werden. Das in der Figur 6 darstellte
Flussdiagramm ist darüber hinaus ein Ausführungsbeispiel einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem Signale von Partikeln, deren seitlicher Abstand vom Zentrum des Laserspots 22 vergleichsweise klein ist, von Signalen von Partikeln unterschieden werden können, deren seitlicher Abstand vom Zentrum des Laserspots 22 vergleichsweise groß ist. Diese Unterscheidung kann zur Ausfilterung der im vergleichsweise großen Abstand vorbeifliegenden Teilchen verwendet werden. Damit können Messfehler vermieden werden, die auf eine vergleichsweise zu schwache Aufheizung der zuletzt genannten Partikel verursacht werden könnten. Solche Partikel würden aufgrund ihrer im Vergleich zu heißeren Partikeln geringeren Temperaturstrahlung fehlerhaft als Partikel mit kleinerer Masse gewertet, was eine Bestimmung der Partikelmasse verfälschen würde. Das Verfahren wird zum Beispiel von der Steuer- und Auswerteelektronik 62 durchgeführt.
In einem Schritt 100 wird das Verfahren gestartet. In einem Schritt 102 wird überprüft, ob der Detektor einen ersten Strahlungsenergieimpuls, also einen Peak, registriert. Wenn das nicht der Fall ist, wird die durch den Schritt 102 erfolgende Abfrage solange wiederholt, bis ein erster Peak 82 registriert wird. Ein erster Peak wird zum Beispiel dadurch erkannt, dass eine Signalhöhe des Detektorsignals über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Eine im Schritt 102 erfolgende Registrierung eines ersten Peaks 82 führt dazu, dass in einem sich dann an den Schritt 102 anschließenden Schritt 104 ein Timer gestartet wird.
An den Schritt 104 schließt sich ein Abfrageschritt 106 an. In diesem
Abfrageschritt 106 wird jeweils entschieden, welcher der beiden Abfrageschritte 108 und 110 als nächster Schritt durchgeführt wird. Dazu wird im Schritt 106 überprüft, ob seit dem im Schritt 104 erfolgten Start des Timers ein zweiter Peak 84 registriert wurde. Ein zweiter Peak 84 wird zum Beispiel dadurch erkannt, dass eine Signalhöhe der Detektorsignals über einem vorbestimmten
Schwellenwert liegt. Die Schwellenwerte für eine Erkennung eines ersten Peaks 82 und eines zweiten Peaks 84 können gleich sein, oder sie können sich voneinander unterscheiden.
Wenn im Schritt 106 kein zweiter Peak 84 registriert wurde, was einem
Verneinen des Abfrageschritts 106 entspricht, verzweigt das Verfahren in den Schritt 108, in dem überprüft wird, ob seit dem Start des Timers eine erste Zeitspanne t1 verstrichen ist. Die erste Zeitspanne t1 entspricht dem maximalen Abstand der Peaks 82, 84 eines Doppelpeaks 80, der durch ein einzelnes Partikel erzeugt worden ist. Wenn seit dem Start des Timers die Zeitspanne t1 noch nicht verstrichen ist, verzweigt das Programm zurück in den Schritt 106. Die Schritte 106 und 108 bilden demnach eine Warteschleife. Ist die seit dem Start des Timers verstrichene Zeit größer als die erste Zeitspanne t1 , wird die
Warteschleife aus dem Schritt 108 heraus in den Schritt 112 verlassen, in dem der erste Peak ausgewertet wird.
Dieser zum Schritt 112 führende Weg ist charakteristisch für Partikel, die keinen Doppelpeak erzeugen. Damit werden Partikel, die den heißen Spot 22 des Partikelsensors 16 durchqueren und dabei einen einzelnen Peak pro Partikel erzeugen, erfasst und ausgewertet.
Partikel, die seitlich am heißen Spot 22 vorbeifliegen, können dagegen zu Doppelpeaks 80 führen. Je nachdem, wie groß der seitliche Abstand ist, sollen sie entweder als Partikel gezählt werden oder nicht als Partikel gezählt werden. Gezählt werden sollen sie dann, wenn der Abstand der Einzelpeaks 82, 84 eines Doppelpeaks 80 vergleichsweise klein ist, während sie im Fall eines
vergleichsweise großen Abstands nicht gezählt werden sollen.
In diesen beiden Fällen wird die Warteschleife, 106. 108, welche die beiden Abfrageschritte 106 und 108 aufweist, aus dem Abfrageschritt 106 heraus zum Abfrageschritt 1 10 hin verlassen. Dadurch werden diese beiden Fälle von einem Einzelpeak eines durch den Spot 22 hindurchfliegenden Partikels unterschieden: Die durch den Abfrageschritt 106 erfolgende Abfrage, ob ein Peak registriert wurde, wird mit ja beantwortet, bevor die Zeitspanne t1 verstrichen ist. Im sich dann anschließenden Abfrageschritt 1 10 wird überprüft, ob die seit dem Start des Timers im Schritt 104 verstrichene Zeitspanne größer als eine vorgegebene Zeitspanne t2 ist, wobei die Länge der Zeitspanne t2 kleiner als die Länge der Zeitspanne t1 ist. Die Länge der vorgegebenen Zeitspanne t2 hängt davon ab, wie groß der der minimale seitliche Abstand der vorbeifliegenden Partikel, die noch gezählt werden sollen, vom Spot 22 ist. Je größer dieser Abstand ist, desto größer muss die vorzugebende Zeitspanne t2 sein.
Wenn die seit dem Start des Timers verstrichene Zeit t kleiner als die Zeitspanne t2 ist, verzweigt das Verfahren in den Schritt 1 12 in dem eine Auswertung erfolgt. Dies erlaubt eine Unterscheidung von Partikeln, die noch nahe genug am Spot 22 vorbeifliegen, um bis zu ihrer Sättigungstemperatur aufgeheizt zu werden, von solchen Partikeln, die so weit seitlich entfernt am Spot 22 vorbeifliegen, dass sie nicht mehr auf ihre Sättigungstemperatur aufgeheizt werden.
Die Auswertung umfasst dabei zumindest ein Werten des Peaks als Partikel, was beispielsweise durch Erhöhen eines Partikelzählerstandes erfolgen kann, und die Auswertung der Höhe des ersten Peaks 82 eines Doppelpeaks 80. Dabei wird die registrierte Höhe einer Partikelgröße zugeordnet. Die Größe der Partikel hängt so mit der Höhe des Peaks zusammen, dass größere Partikel auch höhere Peaks erzeugen. Bei der Auswertung wird dieser Zusammenhang dadurch berücksichtigt, dass höhere Peaks entsprechende größere Werte der
Partikelgröße zugeordnet werden.
Im Anschluss an den Schritt 112 wird der Timer im Schritt 1 14 wieder auf seinen Startwert, beispielsweise Null, gesetzt. Daran schließt sich erneut der Schritt 102 an, in dem auf das Registrieren eines Peaks gewartet wird.
Wenn die seit dem Start des Timers verstrichene Zeit t nicht kleiner als die Zeitspanne t2 ist, verzweigt das Verfahren aus dem Schritt 1 10 direkt in den Schritt 114, so dass das zugehörige Partikel nicht ausgewertet wird. Dadurch werden Signale von Partikeln, deren seitlicher Vorbeiflug in einem für eine Auswertung zu großen Abstand am Spot erfolgt, ausgefiltert (nicht ausgewertet).
Die Zeitspanne t2 wird gerade so vorgegeben, dass Partikel, die solche
Doppelpeaks erzeugen, nicht ausgewertet werden. Mit dem Schritt 110 wird das dadurch erreicht, dass das Verfahren dann, wenn die mit dem Timer gemessene Zeitspanne t die Dauer der Zeitspanne t2 überschreitet, nicht zur Auswertung im Schritt 1 12 verzweigt. Stattdessen wird im dargestellten Ausführungsbeispiel in den Schritt 114 verzweigt, in den der Timer wieder auf seinen Startwert gesetzt wird. Auch in diesem Fall kehrt das Programm anschließend in den Schritt 102 zurück, so dass weitere Partikel gezählt und ausgewertet werden können.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors (16), der ein einen Laser aufweisendes Lasermodul (18) und ein zur Detektion von
Temperaturstrahlung (14) eingerichteten Detektor (26), ein im Strahlengang des Lasers des Lasermoduls (18) angeordnetes optisches Element (20) und einen Detektor (26) aufweist, wobei das optische Element dazu eingerichtet ist, von dem Lasermodul (18) ausgehendes Laserlicht (10) in einen Spot (22) zu bündeln, um an der Stelle des Spots einen Partikel zum Leuchten anzuregen, und wobei der Detektor (26) im Partikelsensor (16) so
angeordnet ist, dass er vom Spot (22) ausgehende Strahlung (14) detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale des Detektors einer Filterung unterzogen werden, mit der von nicht ausreichend aufgeheizten Partikeln erzeugte Ausgangssignale von einer weiteren Auswertung ausgeschlossen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung so erfolgt, dass Peaks, die eine charakteristische Doppelpeak-Struktur aufweisen, von der weiteren Auswertung ausgeschlossen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erkennung der charakteristischen Doppelpeak-Struktur mittels eines
Signalverarbeitungsverfahrens erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Signalverarbeitungsverfahren mit einer Mustererkennung mittels künstlicher Intelligenz oder einem Fitten einer Kurve der Doppelpeak-Struktur an eine Muster-Kurvenform oder durch Algorithmen zur Findung von Hochpunkten der Doppelpeak-Struktur und zur Auswertung eines zeitlichen Abstandes der Hochpunkte erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Filterung auf einer Auswertung des zeitlichen Abstandes von Peaks im Ausgangssignal des Detektors basiert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Peak im Ausgangssignal des Detektors erfasst wird und eine Entscheidung darüber, ob der erfasste erste Peak als ein ein Partikel anzeigendes Ereignis gezählt wird, davon abhängig ist, ob innerhalb einer vorgegebenen ersten Zeitdauer t1 , die mit dem Erfassen des ersten Peaks beginnt, ein weiterer Peak im Ausgangssignal des Detektors erfasst wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Zeitdauer t1 in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Fluids oder des Gases vorgegeben wird, das die Partikel transportiert.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitspanne erfasst wird, die seit dem Erfassen des ersten Peaks verstrichen ist, dass der erste Peak als ein Partikel gezählt wird, wenn innerhalb der vorgegebenen ersten Zeitdauer kein weiterer Peak im Ausgangssignal des Detektors erfasst wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn ein zweiter Peak innerhalb der ersten Zeitdauer t1 erfasst worden ist, überprüft wird, ob der zweite Peak innerhalb einer zweiten Zeitdauer t2 erfasst worden ist, die kürzer als die erste Zeitdauer t1 ist und dass dann, wenn der zweite Peak innerhalb der zweiten Zeitdauer erfasst worden ist, der erste Peak und der zweite Peak eines Doppel-Peaks zusammen als ein Partikel gezählt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Höhe eines Peaks als Maß für die Größe des Partikels gewertet wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe des ersten Peaks des Doppelpeaks als Maß für die Größe gewertet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass vom Spot (22) ausgehende Strahlung (14) einer Wellenlängenfilterung unterzogen wird, bei der im Wellenlängenbereich der Laserstrahlung liegende Wellenlängen ausgeschlossen werden.
13. Steuergerät zum Betreiben eines Partikelsensors (16), der ein einen Laser aufweisendes Lasermodul (18) und ein zur Detektion von Temperaturstrahlung (14) eingerichteten Detektor (26), ein im Strahlengang des Lasers des Lasermoduls (18) angeordnetes optisches Element (20) und einen Detektor (26) aufweist, wobei das optische Element dazu eingerichtet ist, von dem Lasermodul (18) ausgehendes Laserlicht (10) in einen Spot (22) zu bündeln, und wobei der Detektor (26) im Partikelsensor (16) so angeordnet ist, dass er vom Spot (22) ausgehende Strahlung (14) detektiert, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, einen ersten Peak im
Ausgangssignal des Detektors zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Ausgangssignale des Detektors einer Filterung zu unterziehen, mit der von nicht ausreichend aufgeheizten
Partikeln erzeugte Ausgangssignale von einer weiteren Auswertung ausgeschlossen werden.
14. Steuergerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu
eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 121 auszuführen.
PCT/EP2019/077705 2018-11-20 2019-10-14 Verfahren zum betreiben eines partikelsensors WO2020104111A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19787233.6A EP3884262B1 (de) 2018-11-20 2019-10-14 Verfahren zum betreiben eines partikelsensors
CN201980076703.3A CN113167709A (zh) 2018-11-20 2019-10-14 用于运行颗粒传感器的方法
US17/294,235 US20220003657A1 (en) 2018-11-20 2019-10-14 Method for operating a particle sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018219891.8A DE102018219891A1 (de) 2018-11-20 2018-11-20 Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors
DE102018219891.8 2018-11-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020104111A1 true WO2020104111A1 (de) 2020-05-28

Family

ID=68242688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/077705 WO2020104111A1 (de) 2018-11-20 2019-10-14 Verfahren zum betreiben eines partikelsensors

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220003657A1 (de)
EP (1) EP3884262B1 (de)
CN (1) CN113167709A (de)
DE (1) DE102018219891A1 (de)
WO (1) WO2020104111A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020213731A1 (de) * 2020-11-02 2022-05-05 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Messgas
DE102022113774A1 (de) 2022-05-31 2023-11-30 CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH Partikelsensor und Verfahren zur Detektion von Partikeln

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030197863A1 (en) 2002-04-05 2003-10-23 Snelling David R. Small particle analysis by laser induced incandescence
US20120154348A1 (en) * 2009-08-27 2012-06-21 Hiroki Okuno Display control device
US20170315122A1 (en) * 2013-11-19 2017-11-02 Acea Biosciences, Inc. Optical detection system for flow cytometer, flow cytometer system and methods of use

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2272255C (en) * 1998-05-22 2005-05-10 David R. Snelling Absolute light intensity measurements in laser induced incandescence
US6809820B2 (en) * 2002-04-18 2004-10-26 National Research Council Of Canada Small particle analysis by laser induced incandescence
JP4553728B2 (ja) * 2002-07-19 2010-09-29 コロンビアン ケミカルズ カンパニー レーザー誘起白熱法を用いる粒子表面積測定のためのカーボンブラックサンプリングおよびそれに基づく反応器プロセス制御
DE102012201594B4 (de) * 2012-02-03 2024-05-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Signalaufbereitung für einen sammelnden Partikelsensor
US20170227447A1 (en) * 2014-08-06 2017-08-10 Beckman Coulter, Inc. Evaluation of multi-peak events using a flow cytometer
US11291378B2 (en) * 2015-01-27 2022-04-05 Oura Health Oy Apparatus and method for measuring photoplethysmogram
JP2018512563A (ja) * 2015-03-27 2018-05-17 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． センサデバイス及び方法
JP6531528B2 (ja) * 2015-07-15 2019-06-19 富士電機株式会社 粒子検出装置
DE102017207402A1 (de) * 2017-05-03 2018-11-08 Robert Bosch Gmbh Optischer Rußpartikelsensor für Kraftfahrzeuge

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030197863A1 (en) 2002-04-05 2003-10-23 Snelling David R. Small particle analysis by laser induced incandescence
US20120154348A1 (en) * 2009-08-27 2012-06-21 Hiroki Okuno Display control device
US20170315122A1 (en) * 2013-11-19 2017-11-02 Acea Biosciences, Inc. Optical detection system for flow cytometer, flow cytometer system and methods of use

Also Published As

Publication number Publication date
EP3884262A1 (de) 2021-09-29
DE102018219891A1 (de) 2020-05-20
EP3884262B1 (de) 2023-06-14
US20220003657A1 (en) 2022-01-06
CN113167709A (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3619522A1 (de) OPTISCHER RUßPARTIKELSENSOR FÜR KRAFTFAHRZEUGE
EP3877751B1 (de) Partikelsensor zur detektion von partikeln oder aerosol in einem strömenden fluid unter verwendung des prinzips der laserinduzierten inkandeszenz
EP0257248A2 (de) Streulichtmessgerät
DE2433980C2 (de) Fluoreszenz-Analysator
EP1159598B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur simultanen in-situ-bestimmung der teilchengrösse und massenkonzentration von fluidgetragenen partikeln
DE102013015692A1 (de) Laserzündkerze
EP3884262B1 (de) Verfahren zum betreiben eines partikelsensors
WO1995029393A1 (de) Vorrichtung zur messung der lichtstreuung an partikeln
EP3762704A1 (de) Mit laser induzierter inkandeszenz arbeitender partikelsensor mit einer konfokalen anordnung eines laserspots und eines temperaturstrahlungsspots
WO2011050932A1 (de) Messgerät zur abgasmessung einer partikelmassekonzentrationen in einem messgas, insbesondere in einem verbrennungsabgas
WO2013135611A2 (de) Vorrichtung und verfahren zum messen eines zielgases
DE102018220154A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors
DE102017218084A1 (de) Partikelsensoreinheit mit einem optischen Partikelsensor
EP3894831B1 (de) Verfahren zur verarbeitung des signals eines partikelsensors, der nach dem prinzip der laserinduzierten inkandeszenz arbeitet, anordnung zur verarbeitung eines solchen signals, sowie partikelsensor
WO2020119990A1 (de) Verfahren zur detektion von partikeln oder aerosol in einem strömenden fluid, computerprogramm sowie elektrisches speichermedium
WO2020126194A1 (de) Verfahren zum betreiben einer sensoreinrichtung zur detektion von partikeln oder aerosol, sowie sensoreinrichtung
DE102020206921A1 (de) Partikelzahlsensor
WO2019048322A2 (de) Aerosolpartikelmessgerät zur bestimmung von materialien in echtzeit mittels fluoreszenzlebenszeit messung im frequenzbereich
EP0523822A2 (de) Verfahren zur Untersuchung der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor
DE102019200771A1 (de) Vorrichtung zur Detektion von Partikeln in einem Fluid führenden Bereich unter Verwendung des Prinzips der laserinduzierten Inkandeszenz
DE102018222619A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage oder Brennkraftmaschine, sowie Vorrichtung zur Ermittlung einer Abgasgeschwindigkeit
DE102022202137A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors, sowie Datenverarbeitungsvorrichtung und Computerprogramm
DE102020211328A1 (de) Optischer Rußpartikelsensor
DE202014004129U1 (de) Gerät zur Zählung von in Gasen suspendierten Partikeln
DE102021204213A1 (de) Optischer Partikelsensor, insbesondere Abgassensor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19787233

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019787233

Country of ref document: EP

Effective date: 20210621